一种超导磁体系统
阅读说明：本技术 一种超导磁体系统 (Superconducting magnet system ) 是由 马韬 伍锐 戴少涛 胡磊 马化韬 黄建民 伍宇扬 于 2020-12-31 设计创作，主要内容包括：本发明涉及超导磁体技术领域,公开了一种超导磁体系统,其包括：杜瓦结构,杜瓦结构内形成有密封空腔；超导磁体,设置于密封空腔内,超导磁体包括筒体和超导线圈,筒体的两端连接有第一线圈端板和第二线圈端板,超导线圈绕设于筒体上；冷却装置,穿设于杜瓦结构,冷却装置在密封空腔内延伸且接触于超导磁体,冷却装置用于冷却超导磁体；冷却装置包括：制冷机、导冷板、导冷线圈、导冷条,通过将超导线圈的两侧边缘接触于导冷线圈,使得绕制在筒体上的每一层超导带材均与导冷线圈接触,大大提升了超导线圈与导冷线圈的传导面积,提升了制冷机对超导磁体的冷却速率。(The invention relates to the technical field of superconducting magnets, and discloses a superconducting magnet system, which comprises: the Dewar structure is internally provided with a sealed cavity; the superconducting magnet is arranged in the sealed cavity and comprises a cylinder body and a superconducting coil, wherein a first coil end plate and a second coil end plate are connected to two ends of the cylinder body, and the superconducting coil is wound on the cylinder body; the cooling device penetrates through the Dewar structure, extends in the sealed cavity and is in contact with the superconducting magnet, and is used for cooling the superconducting magnet; the cooling device includes: the refrigerator, lead cold drawing, lead cold coil, lead cold strip through the both sides edge with superconducting coil in leading cold coil for every layer of superconducting tape of coiling on the barrel all contacts with leading cold coil, has promoted superconducting coil and the conduction area who leads cold coil greatly, has promoted the cooling rate of refrigerator to the superconducting magnet.)
技术领域
本发明涉及超导磁体技术领域，特别是涉及一种超导磁体系统。
背景技术
近年来，超导技术在各行业中飞速发展，尤其在高温超导技术领域内，要实现对工件的大功率快速加热，必须依赖一个低温环境使得磁体在超导的临界条件下实现。现有技术中，超导磁体的运行需要稳定的低温环境，超导磁体运行的低温环境主要有三种方式：低温液体浸泡冷却、再冷凝式冷却和制冷机传导冷却。其中，液体浸泡冷却主要用液氦或液氮作为浸泡介质，但这种方式需要专业的运输和充罐操作，增加了系统应用的复杂性，并且受到国际氦资源限产等因素的影响，液氦价格持续上涨，使系统应用成本增加进而限制了液体浸泡式冷却方式的运用。
目前，制冷机传导的冷却方式常常应用在体积小线圈匝数少的低功率的超导感应加热设备中，其原因在于，制冷机传导冷却的方式中传导件与磁体线圈的接触面积较小，导致该种冷却方式应用在匝数多、功率大的超导感应加热设备时冷却速率较慢。
发明内容
本发明提供了一种超导磁体系统，以解决现有技术中制冷机传导的冷却方式因传导件和磁体线圈的接触面积较小导致的冷却速率慢的问题。
为了实现上述目的，本申请的一些实施例中，提供了一种超导磁体系统，其包括：杜瓦结构，所述杜瓦结构内形成有密封空腔；超导磁体，设置于所述密封空腔内，所述超导磁体包括筒体和所述超导线圈，所述筒体的两端连接有第一线圈端板和第二线圈端板，所述超导线圈绕设于所述筒体上；冷却装置，穿设于所述杜瓦结构，所述冷却装置在所述密封空腔内延伸且接触于所述超导磁体，所述冷却装置用于冷却所述超导磁体；其中，所述冷却装置包括：制冷机，设置于所述杜瓦结构的外部，且所述制冷机的制冷头穿过所述杜瓦结构向所述密封空腔内延伸；导冷板，连接于所述制冷头，且所述导冷板布置于所述第一线圈端板上；导冷线圈，套设于所述筒体上，且所述超导线圈接触于所述导冷线圈；导冷条，连接于所述导冷板和所述导冷线圈。
本申请的一些实施例中，所述导冷线圈用于对所述制冷头和所述超导线圈上的热量经所述导冷板和所述导冷条进行交换。
本申请的一些实施例中，所述导冷板为板状弧形结构，或环形结构；所述导冷板的外侧边缘与所述第一线圈端板的外侧边缘平齐设置。
本申请的一些实施例中，所述导冷线圈的数量设置为多个，所述筒体的外表面和多个所述导冷圈之间形成有绕线槽，所述超导线圈绕设于所述绕线槽内，且所述超导线圈的两侧边缘均接触于所述导冷线圈。
本申请的一些实施例中，所述超导磁体系统包括：紧固件，穿设于所述导冷线圈、所述第一线圈端板和所述第二线圈端板；限位件，套设于所述紧固件上，且所述限位件连接贴合于所述导冷线圈、所述第一线圈端板和所述第二线圈端板，以限制所述绕线槽的宽度。
本申请的一些实施例中，所述超导磁体系统包括：第一拉杆组件，连接于所述密封空腔的底部和所述第二线圈端板之间；第二拉杆组件，穿设于所述导冷线圈、所述第一线圈端板和所述第二线圈端板，且所述第二拉杆组件连接于所述密封空腔的顶部，所述第一拉杆组件和所述第二拉杆组件用于限制所述超导磁体与所述密封空腔的内壁相接触。
本申请的一些实施例中，所述第二拉杆组件穿设于所述导冷板；所述第一拉杆组件包括拉杆和两个座体，所述拉杆转动地连接于两个所述座体之间，两个所述座体分别连接于所述第二线圈端板和所述密封空腔的底部。
本申请的一些实施例中，所述超导磁体系统包括：支撑圈，连接于所述第一线圈端板，所述第二拉杆组件穿设到所述支撑圈上，且所述制冷机穿设于所述支撑圈。
本申请的一些实施例中，所述导冷线圈包括：第一导冷线圈、第二导冷线圈、第三导冷线圈、第四导冷线圈、第五导冷线圈和第六导冷线圈，所述第一导冷线圈贴合于所述第一线圈端板，所述第二导冷线圈贴合于所述第二线圈端板，所述第三导冷线圈和所述第四导冷线圈互相贴合，且所述第三导冷线圈和所述第四导冷线圈位于所述第一导冷线圈和所述第二导冷线圈之间，所述第五导冷线圈和所述第六导冷线圈互相贴合，且所述第五导冷线圈和所述第六导冷线圈位于所述第四导冷线圈和所述第二导冷线圈之间。
本申请的一些实施例中，所述导冷条连接于所述第一导冷线圈、所述第三导冷线圈、所述第四导冷线圈、所述第五导冷线圈和所述第六导冷线圈；所述导冷条的数量设置为多个。
本申请的一些实施例中，提供一种超导磁体系统，其包括：杜瓦结构，所述杜瓦结构内形成有密封空腔；超导磁体，设置于所述密封空腔内，所述超导磁体包括筒体和所述超导线圈，所述筒体的两端连接有第一线圈端板和第二线圈端板，所述超导线圈绕设于所述筒体上；冷却装置，穿设于所述杜瓦结构，所述冷却装置在所述密封空腔内延伸且接触于所述超导磁体，所述冷却装置用于冷却所述超导磁体；其中，所述冷却装置包括：制冷机，设置于所述杜瓦结构的外部，且所述制冷机的制冷头穿过所述杜瓦结构向所述密封空腔内延伸；导冷板，连接于所述制冷头，且所述导冷板布置于所述第一线圈端板上；导冷线圈，套设于所述筒体上，且所述超导线圈接触于所述导冷线圈；导冷条，连接于所述导冷板和所述导冷线圈。通过将超导线圈的两侧边缘接触于导冷线圈，使得绕制在筒体上的每一层超导带材均与导冷线圈接触，大大提升了超导线圈与导冷线圈的传导面积，提升了制冷机对超导磁体的冷却速率。
附图说明
图1是本发明实施例一种超导磁体系统的结构示意图；
图2是本发明实施例中超导磁体的结构示意图；
图3是图2中“A”处放大示意图；
图4是本发明实施例中第一拉杆组件的结构示意图；
图5是本发明实施例中座体的结构示意图；
图6是本发明实施例中导冷板的结构示意图；
图7是本发明实施例中导冷线圈和单层超导带材的截面图。
图中，
1、杜瓦结构；11、密封空腔；
2、超导磁体；21、筒体；22、超导线圈；23、第一线圈端板；24、第二线圈端板；
3、冷却装置；31、制冷机；32、导冷板；33、导冷线圈；331、第一导冷线圈；332、第二导冷线圈；333、第三导冷线圈；334、第四导冷线圈；335、第五导冷线圈；336、第一导冷线圈；34、导冷条；
4、绕线槽；
51、紧固件；52、限位件；53、第一拉杆组件；531、拉杆；532、座体；533、第一调节座；534、第二调节座；535、调节杆；54、第二拉杆组件；
6、支撑圈；
7、超导带材。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
在本申请的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。
术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本申请的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
如图1所示，本申请提供了一种超导磁体系统，其包括：杜瓦结构1，杜瓦结构1内形成有密封空腔11；超导磁体2，设置于密封空腔11内，超导磁体2包括筒体21和超导线圈22，筒体21的两端连接有第一线圈端板23和第二线圈端板24，超导线圈22绕设于筒体21上；冷却装置3，穿设于杜瓦结构1，冷却装置3在密封空腔11内延伸且接触于超导磁体2，冷却装置3用于冷却超导磁体2；其中，冷却装置3包括：制冷机31，设置于杜瓦结构1的外部，且制冷机31的制冷头穿过杜瓦结构1向密封空腔11内延伸；导冷板32，连接于制冷头，且导冷板32布置于第一线圈端板23上；导冷线圈33，套设于筒体21上，且超线圈接触于导冷线圈33；导冷条34，连接于导冷板32和导冷线圈33；通过将超导线圈22的两侧边缘接触于导冷线圈33，使得绕制在筒体21上的每一层超导带材7均与导冷线圈33接触，大大提升了超导线圈22与导冷线圈33的传导面积，提升了制冷机对超导磁体2的冷却速率。
本申请的一些实施例中，超导线圈22由超导带材7层叠设置形成。
本申请的一些实施例中，超导线圈22的匝数为36.0～37.0万匝，优选的，超导线圈22的匝数为35万匝；且杜瓦结构1由内筒、外筒、上法兰和下法兰构成，且在杜瓦结构1中形成的密封空腔11在超导磁体2系统工作的状态下为真空状态；另外，外筒的外表面包裹有磁屏蔽罩，用于限制杜瓦结构1内的超导磁体2对杜瓦结构1的外部设置的部件造成磁场干扰；内筒的内径为1775mm～1765mm，优选的，内筒的内径为1770mm；在超导磁体2形成的中心磁场大于1T。
本申请的一些实施例中，导冷线圈33用于对制冷头和超导线圈22上的热量经导冷板32和导冷条34进行交换。
在此需要说明的是，在制冷机31运行的过程中，或当超导线圈22中有励磁电流流过且超导线圈22的温度高于预设温度值时，制冷机31将冷量依次经过制冷机31冷头、导冷板32、导冷条34和导冷线圈33传导到超导线圈22上，以实现给超导线圈22进行冷却。
本申请的一些实施例中，导冷板32、导冷条34和导冷线圈33的材质优选为铜，可保证本申请的制冷机31对超导线圈22的冷却效率；另外，导冷板32、导冷条34和导冷线圈33的外表面包裹有一层绝缘层，绝缘层的材料包含但不限定于聚酰亚胺或聚丙烯层压纸。
如图6所示，本申请的一些实施例中，导冷板32为板状弧形结构，或环形结构；导冷板32的外侧边缘与第一线圈端板23的外侧边缘平齐设置。
在此需要说明的是，导冷板32为板状弧形结构或环形结构，当导冷板32为弧形段时，即对应设置的制冷机31的数量较少，导冷条34的数量对应板状弧形导冷板32设置，在保证超导磁体2系统的冷却速率的前提下可保证制冷机31的冷量的使用率或效率，降低了超导磁体2系统的运行成本，节约了能源；当导冷板32为环形结构时，即导冷板32与第一线圈端板23的形状相同，导冷板32布置于整个筒体21的圆周上，制冷机31的数量相应的增加，导冷条34设置为布置于整个超导线圈22的外圆周上，以保证本申请中超导磁体2系统的冷却速率；另外导冷板32的边缘与第一线圈端板23的边缘平齐设置，保证了导冷板32不会止挡超导磁体2在通有励磁电流的情况下形成的环形闭合磁路，避免磁场强度的降低。
如图2所示，本申请的一些实施例中，导冷线圈33的数量设置为多个，筒体21的外表面和多个导冷圈之间形成有绕线槽4，超导线圈22绕设于绕线槽4内，且超导线圈22的两侧边缘均接触于导冷线圈33。
如图7所示，本申请的一些实施例中，多个导冷圈之间和筒体21的外表面形成有绕线槽4，超导线圈22绕设于绕线槽4内，超导线圈22的两侧边缘均接触于导冷线圈33，导冷线圈33作为与超导线圈22进行接触换热的部件，在超导带材7的层叠多的情况下，超导线圈22的两侧面形成有面结构，超导线圈22绕设于绕线槽4内，整个超导线圈22的两侧面完全贴合于导冷线圈33，保证了超导线圈22与导冷线圈33的接触面积或换热面积；另外，对于单层超导带材7来讲，导冷线圈33接触于超导带材7的两侧边缘上，导冷线圈33上的冷量由超导带材7的两侧逐步向超导带材7中部传递，或，超导带材7上的热量由超导带材7的两侧到超导带材7的中部逐步向导冷线圈33上传递，保证了超导磁体2系统的冷却速率和冷却效果。
本申请的一些实施例中，绕线槽4的槽底和槽口还可设置有导冷件，以将超导线圈22包裹于导冷件和导冷线圈33之间，进一步的增大了制冷机31对超导磁体2的制冷速度；同样的导冷件的材料优选为铜。
如图2所示，本申请的一些实施例中，超导磁体2系统包括：紧固件51，穿设于导冷线圈33、第一线圈端板23和第二线圈端板24；限位件52，套设于紧固件51上，且限位件52连接贴合于导冷线圈33、第一线圈端板23和第二线圈端板24，以限制绕线槽4的宽度。
如图2所示，本申请的一些实施例中，超导磁体2系统包括：第一拉杆组件53，连接于密封空腔11的底部和第二线圈端板24之间；第二拉杆组件54，穿设于导冷线圈33、第一线圈端板23和第二线圈端板24，且第二拉杆组件54连接于密封空腔11的顶部，第一拉杆组件53和第二拉杆组件54用于限制超导磁体2与密封空腔11的内壁相接触。
如图4所示，本申请的一些实施例中，第二拉杆组件54穿设于导冷板32；第一拉杆组件53包括拉杆531和两个座体532，拉杆531转动地连接于两个座体之间，两个座体532分别连接于第二线圈端板24和密封空腔11的底部。
在此需要说明的是，第一拉杆组件53和第二拉杆组件54的数量可设置为多个，多个第一拉杆组件53和多个第二拉杆组件54均匀布置于第一线圈端板23和第二线圈端板24所在的圆周上；当导冷板32为导冷板32为板状弧形结构时，部分第二拉杆组件54穿设到导冷板32上，当导冷板32为环形结构时，多个第二拉杆组件54均穿设到导冷板32上；另外，第一拉杆组件53和第二拉杆组件54在保持超导磁体2不与密封空腔11的内壁接触的同时，还保证了超导磁体2的稳定性。
另外，如图5所示，与密封空腔11的底部相连接的座体包括第一调节座533、第二调节座534和调节杆535，调节杆535的一端连接于第一调节座533，或调节杆535的一端转动地连接于第一调节座533，调节杆535的另一端连接于第二调节座534，具体的，调节杆535穿设到第二调节座534，且调节杆535的外壁上设置有外螺纹，第二调节座534上相应地设置螺纹孔，进而可实现调节调节杆535的长度，即调节第一调节座533和第二调节座534的距离，保证了超导磁体2在密封空腔11内的稳定性，且可根据测量超导磁体2系统中的各部件在低温环境下的形变量，进而调节超导磁体2在密封空腔11内的位置。
如图2所示，本申请的一些实施例中，为了进一步加强超导磁体2在密封空腔11内的稳定性，超导磁体2系统包括：支撑圈6，连接于第一线圈端板23，第二拉杆组件54穿设到支撑圈6上，且制冷机31穿设于支撑圈6。
如图3所示，本申请的一些实施例中，导冷线圈33包括：第一导冷线圈331、第二导冷线圈332、第三导冷线圈333、第四导冷线圈334、第五导冷线圈335和第六导冷线圈336，第一导冷线圈331贴合于第一线圈端板23，第二导冷线圈332贴合于第二线圈端板24，第三导冷线圈333和第四导冷线圈334互相贴合，且第三导冷线圈333和第四导冷线圈334位于第一导冷线圈331和第二导冷线圈332之间，第五导冷线圈335和第六导冷线圈336互相贴合，且第五导冷线圈335和第六导冷线圈336位于第四导冷线圈334和第二导冷线圈332之间。
在此需要说明的是，由上述第一导冷线圈331、第二导冷线圈332、第三导冷线圈333、第四导冷线圈334、第五导冷线圈335和第六导冷线圈336的排布设置形成了三个绕线槽4，以将超导线圈22的匝数分配到三个绕线槽4内，将超导线圈22分配到三个或多个绕线槽4内，超导线圈22和导冷线圈33的接触面由两个面变为六个面，即增大了超导线圈22的两侧和导冷线圈33的接触面积，保证了超导磁体2磁体的冷却速度。
本申请的一些实施例中，导冷条34连接于第一导冷线圈331、第三导冷线圈333、第四导冷线圈334、第五导冷线圈335和第六导冷线圈336；导冷条34的数量设置为多个。
在此需要说明的是，导冷条34未连接于第二导冷圈，由于第二导冷圈贴合于第二线圈端板24，且第二导冷线圈332为距制冷源最远的点，避免了冷量的损失，提升本申请超导磁体2系统的冷却效率。
综上，本申请的一些实施例中，提供一种超导磁体系统，其包括：杜瓦结构，杜瓦结构内形成有密封空腔；超导磁体，设置于密封空腔内，超导磁体包括筒体和超导线圈，筒体的两端连接有第一线圈端板和第二线圈端板，超导线圈绕设于筒体上；冷却装置，穿设于杜瓦结构，冷却装置在密封空腔内延伸且接触于超导磁体，冷却装置用于冷却超导磁体；其中，冷却装置包括：制冷机，设置于杜瓦结构的外部，且制冷机的制冷头穿过杜瓦结构向密封空腔内延伸；导冷板，连接于制冷头，且导冷板布置于第一线圈端板上；导冷线圈，套设于筒体上，且超导线圈接触于导冷线圈；导冷条，连接于导冷板和导冷线圈。通过将超导线圈的两侧边缘接触于导冷线圈，使得绕制在筒体上的每一层超导带材均与导冷线圈接触，大大提升了超导线圈与导冷线圈的传导面积，提升了制冷机对超导磁体的冷却速率。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本发明的保护范围。